DE4330607A1 - Limiter for current limitation - Google Patents

Limiter for current limitation

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Limiter zur Strom­ begrenzung, mit einem thermoplastischen Widerstandskörper und metallischen Flächenelektroden.The invention relates to a limiter for current limit, with a thermoplastic resistance body and metallic surface electrodes.

Niederspannungsleistungsschalter werden häufig mit soge­ nannten Limitern in Reihe geschaltet, um das Kurzschluß­ schaltvermögen in Niederspannungsnetzen stark zu erhöhen und die Durchlaßströme stark zu begrenzen. Derartige Limiter sind so ausgelegt, daß sie im Kurzschlußfall rasch von einem niederohmigen in einen hochohmigen Zustand über­ gehen und mit ihrem Spannungsbedarf zu einer raschen Strombegrenzung und Abschaltung beitragen.Low-voltage circuit breakers are often so-called called limiters connected in series to the short circuit Switching capacity in low-voltage networks to increase significantly and greatly limit the forward currents. Such Limiters are designed to be quick in the event of a short circuit from a low-resistance to a high-resistance state go and with their tension needs to a quick Current limitation and shutdown contribute.

Speziell für den Einsatz als Zentrallimiter, welcher zum Kurzschlußschutz mehrerer Abzweige diesen vorgeschaltet ist, wäre es wünschenswert, daß die Limiterfunktion nur bei hohen Kurzschlußströmen, die beispielsweise in den Abzweigen vorhandene Schutzschalter nicht beherrschen, wirksam wird und bei mäßigen oder abklingenden Kurzschluß strömen keine Limiterfunktion auftritt. Damit würden un­ erwünschte, länger andauernde Spannungseinbrüche vermie­ den, die zu unkontrollierten Schaltzuständen, z. B. von Schützen oder Relais, führen könnten.Specially for use as a central limiter, which for Short-circuit protection upstream of several branches it would be desirable that the limiter function only at high short-circuit currents, for example in the Do not master branches of existing circuit breakers, becomes effective and with moderate or fading short circuit stream no limiter function occurs. This would un Avoid desired, longer lasting voltage drops those that lead to uncontrolled switching states, e.g. B. from Contactors or relays.

Als Limiter werden häufig elektromechanisch einfach auf­ gebaute Schaltgeräte eingesetzt, deren Kontakte durch Stromkräfte dynamisch öffnen und die gewöhnlich über kein Schaltschloß und kein Auslösesystem verfügen. Ihr Bogen­ spannungsplateau liegt im Bereich der Netzspannungsampli­ tude. Zusammen mit der Bogenspannung des in Reihe geschal­ teten Leistungsschalters wird der Kurzschlußstrom zum raschen Abklingen gebracht und die Abschaltzeit verkürzt. Lichtbogenlimiter dieser Bauart haben Probleme des Kon­ taktverschweißens, welche nur mit speziellen Kontaktwerk­ stoffen und/oder mit einer speziellen Kontaktmechanik technisch gelöst werden können.The limiters are often simply electromechanically opened built switchgear used, whose contacts through Electricity forces open dynamically and usually via none Switch lock and no release system. Your bow  voltage plateau lies in the area of the mains voltage ampli tude. Formed together with the arch tension of the scarf Teten circuit breaker is the short-circuit current brought rapid decay and shortened the switch-off time. Arc limiters of this type have problems with the con intermittent welding, which only with special contact mechanism fabrics and / or with a special contact mechanism technically can be solved.

Aus der WO-A-91/12643 und der EP-A-0 487 920 sind Limiter bekannt, die speziell den sogenannten Kaltleiter- oder PTC-Effekt (positive temperature coefficient) ausnutzen. Dabei werden Hochstromwiderstände verwendet, die im wesentlichen aus einer mit Ruß gefüllten Polyethylen­ schicht bestehen, welche den PCT-Effekt aufweist. Zur Ge­ währleistung des PCT-Effektes soll bei diesem als Schutz­ element verwendbaren Hochstromwiderstand der Polymer- Widerstandskörper mit seinen Grundflächen mit Elektroden verbunden sein, wobei eine Druckeinrichtung vorhanden ist, die einen Druck senkrecht auf die Elektroden und die Grundflächen des Widerstandskörpers der leitfähigen Poly­ merschicht ausübt.Limiters are known from WO-A-91/12643 and EP-A-0 487 920 known, specifically the so-called PTC or Use the PTC effect (positive temperature coefficient). High current resistors are used, which in essentially made of a polyethylene filled with soot exist layer, which has the PCT effect. To Ge The protection of the PCT effect is intended as protection element usable high current resistance of the polymer Resistor body with its bases with electrodes be connected, there being a printing device, the one pressure perpendicular to the electrodes and the Base areas of the resistance body of the conductive poly exercised.

Physikalische Grundlage der vorbeschriebenen Limiter ist, daß die Temperatur im Kurzschlußfall durch ohmsche Heizung über die Kristallisationstemperatur des Polyethylens als elektrisch isolierenden Grundmaterials ansteigt, wodurch mikroskopische Strombahnen des Rußes als elektrisch leitende Materialkomponente aufbrechen und sich der Limi­ terwiderstand um den Faktor 100 oder mehr erhöht. Der Limiterwiderstand kann hier überwiegend durch den Volumen­ widerstand des PTC-Materials bestimmt werden. The physical basis of the limiter described above is that the temperature in the event of a short circuit through ohmic heating about the crystallization temperature of the polyethylene as electrically insulating base material increases, whereby microscopic current paths of soot as electrical break up the conductive material component and the limit ter resistance increased by a factor of 100 or more. Of the Limiter resistance can mainly be determined by the volume resistance of the PTC material can be determined.  

Nach seinem Schaltprinzip trägt bei dem vorbekannten Limiter der Oberflächenwiderstand an den Grenzflächen zwischen dem Polymerwiderstandskörper und den Elektroden wesentlich zu dem Strombegrenzungseffekt im Kurzschluß­ fall bei. Indem sich die Elektroden und der Polymerwider­ standskörper durch die äußere Druckkraft nur in Berühr­ kontakt miteinander befinden, findet die Aufheizung des PTC-Materials in einer oberflächennahen, dünnen Schicht statt, die im Kurzschlußfall sehr rasch von einem nieder­ ohmigen in einen hochohmigen Zustand schaltet.According to its switching principle contributes to the previously known Limiter of the surface resistance at the interfaces between the polymer resistance body and the electrodes essential to the current limiting effect in the short circuit fall at. By resisting the electrodes and the polymer body only in contact due to the external pressure are in contact with each other, the PTC material in a thin layer close to the surface instead, which in the event of a short circuit very quickly settled down by one switches into a high-impedance state.

Nach Abschalten des Kurzschlusses benötigt dieser Grenz­ schichtlimiter für das Abklingen des hohen elektrischen Widerstandes auf den niedrigen Anfangswert eine Rückstell­ zeit von typisch etwa 20 ms. In der Praxis wird dazu zur Entlastung des Kaltleiterelementes ein Parallelwiderstand angeschlossen, welcher im hochohmigen Zustand des Kalt­ leitermaterials den überwiegenden Teil des Kurzschlußstro­ mes trägt. Während der Abschaltdauer des in Reihe geschal­ teten Leistungsschalters erzeugt der abklingende Kurz­ schlußstrom am Parallelwiderstand einen beträchtlichen Spannungsabfall. Dieser kann bei 100 V oder mehr liegen und während einer Zeitdauer von 3 ms und länger bestehen. Für die Anwendung als Zentrallimiter ist aber eine der­ art langandauernde Schaltspannung unzuträglich, da sonst in an sich nicht gestörten Abzweigen des Netzes entspre­ chend langandauernde Spannungseinbrüche hervorgerufen würden.After the short circuit has been switched off, this limit is required layer limiter for the decay of the high electrical Resistance to the low initial value a reset typically around 20 ms. In practice this becomes Relief of the PTC element a parallel resistor connected, which is in the high-resistance state of the cold conductor material the major part of the short-circuit current mes wears. Formed in series during the switch-off period The decaying short generates the circuit breaker final current at the parallel resistor a considerable Voltage drop. This can be 100 V or more and persist for a period of 3 ms and longer. For use as a central limiter, however, one of the Art long-lasting switching voltage unacceptable, otherwise correspond to branches of the network that are not disturbed per se long-lasting voltage drops would.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Limiter zu schaffen, der auch als Zentrallimiter eingesetzt werden kann. Für die Funktion des Zentrallimiters ist zu fordern, daß durch seine Schaltspannung hervorgerufene Spannungs­ einbrüche auf einen Bruchteil einer Halbwellendauer be­ schränkt bleiben, beispielsweise auf eine Zeitdauer t < 1 ms.The object of the invention is therefore to provide a limiter create, which are also used as central limiters can. For the function of the central limiter it is necessary to that voltage caused by its switching voltage  dips in a fraction of a half-wave duration remain limited, for example for a period of time t <1 ms.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Gesamtheit der im Patentanspruch angegebenen Merkmale gelöst. Sofern die in den Stromabzweigen in Reihe zum Zentrallimiter geschal­ teten Leistungsschalter bei hohen Kurzschlußströmen eine genügend hohe Schaltgeschwindigkeit besitzen, kann erfin­ dungsgemäß erreicht werden, daß nach Abklingen der Limi­ terspannung der Ausschaltvorgang mit einer ausreichend hohen Bogenspannung unverzögert fortgesetzt wird. Die Funktion einer nur bei hohen Momentanströmen aktivierten Limiterspannung wird also durch einen Grenzschicht-Limiter erreicht, bei dem auch im Kurzschlußfall eine partielle kraftschlüssige Kontaktberührung der Elektroden auf dem Widerstandskörper erfolgt. Als charakteristische Eigen­ schaft eines derartigen Limiters besitzen die Elektroden und der Widerstandskörper ein positives bzw. negatives, d. h. komplementäres Oberflächenprofil, mit dem sie mecha­ nisch fest aneinander haften.The task is inventively by the total of features specified in the claim solved. If the Formed in the current branches in series with the central limiter circuit breakers at high short-circuit currents have sufficiently high switching speed can invent can be achieved according to that after the Limi has subsided Tension the switch-off process with a sufficient high arc tension is continued without delay. The Function of an activated only at high instantaneous currents Limiter voltage is therefore determined by a boundary layer limiter achieved in which a partial even in the event of a short circuit positive contact contact of the electrodes on the Resistor body takes place. As a characteristic property The electrodes have such a limiter and the resistance body is a positive or negative, d. H. complementary surface profile with which they mecha stick firmly together.

Zur Realisierung des erfindungsgemäßen Limiters wird der thermoplastische Widerstandskörper, beispielsweise in Form einer Rechteckplatte, zwischen profilierten Elektroden zu­ sammengepreßt und dabei zumindest an den Berührflächen auf seine Erweichungstemperatur erhitzt. Dabei fließt das Widerstandsmaterial in die Profilvertiefungen der Metall­ elektroden und es entsteht ein komplementäres Oberflächen­ profil des Widerstandskörpers. Nach diesem Vorgang haften die Elektroden fest an dem Widerstandskörper, von dem sie nur unter mechanischer Beschädigung der Profil schichten wieder getrennt werden können. To implement the limiter according to the invention, the thermoplastic resistance bodies, for example in the form a rectangular plate, between profiled electrodes pressed together and at least on the contact surfaces heated to its softening temperature. That flows Resistance material in the profile recesses of the metal electrodes and there is a complementary surface profile of the resistance body. Stick after this process the electrodes firmly on the resistance body from which they Only coat the profile with mechanical damage can be separated again.  

Wie beim Stand der Technik reicht zur Erzielung eines nie­ drigen Limiterwiderstandes die Haftkraft an den profilier­ ten Oberflächen zwischen den Elektroden und dem Wider­ standskörper nicht aus. Um den für einen Nennbetrieb de­ finierten niederohmigen Nennwiderstand des Limiters zu erreichen, werden die Flächenelektroden mit einer Druck­ kraft typischerweise zwischen 50 und 100 N/cm² an den Widerstandskörper angepreßt.As with the prior art, one is never enough to achieve third limiter resistance the adhesive force to the profilier surfaces between the electrodes and the resistor stand body not. In order to de specified low-resistance nominal resistance of the limiter reach, the surface electrodes with a pressure Force typically between 50 and 100 N / cm² to the Resistor body pressed.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Aus­ führungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigen in schematischer DarstellungFurther details and advantages of the invention emerge from the following figure description of Aus examples of management based on the drawing. It show in schematic representation

Fig. 1 einen Limiter in Schnittdarstellung, Fig. 1 is a limiter in section,

Fig. 2 die Draufsicht auf einen Limiter gemäß Fig. 1, Fig. 2 is a plan view of a limiter according to Fig. 1,

Fig. 3 die Ausbildung einer Flächenelektrode, Fig. 3 shows the formation of a surface electrode,

Fig. 4 in zwei Teilfig. den Vergleich der Widerstands­ kurven des Limiters gemäß den Fig. 1 bis 3 mit dem Stand der Technik, die Fig. 4 in two Teilfig. the comparison of the resistance curves of the limiter according to FIGS . 1 to 3 with the prior art, the

Fig. 5 in Teilfig. das Beispiel einer Kurzschlußab­ schaltung einer Reihenschaltung durch den Limiter gemäß den Fig. 1 bis 3 und die Fig. 5 in Teilfig. the example of a short circuit from a series circuit through the limiter according to FIGS. 1 to 3 and

Fig. 6 in Teilfig. die Schaltphasen eines Limiters gemäß den Fig. 1 bis 3. Fig. 6 in Teilfig. the switching phases of a limiter according to FIGS . 1 to 3.

Die Figuren werden nachfolgend teilweise zusammen be­ schrieben.The figures will be partially together below wrote.

In den Fig. 1 bis 3 bedeutet 1 einen thermoplastischen Widerstandskörper mit Oberflächen 2 und 3, der zwischen zwei gleichartigen Flächenelektroden 10 zusammengepreßt wird. Dazu wird eine Druckkraft K aufgebracht. Eine der­ artige Anordnung ist im Prinzip aus der älteren deutschen Patentanmeldung P 42 28 297.7 bekannt.In Figs. 1 to 3 1 a thermoplastic resistance body with surfaces 2 and 3, of the like between two surface electrodes 10 is compressed means. For this purpose, a pressure force K is applied. One of the type arrangement is known in principle from the older German patent application P 42 28 297.7.

Gemäß Fig. 3 haben beide Flächenelektroden 10 eine Profi­ lierung 15, die beispielsweise eine Rechteckstruktur mit einer Stegbreite b und einer Steghöhe h aufweist. Die Stegbreite b kann zwischen 0,1 und 1 mm und die Steghöhe ebenfalls zwischen 0,1 und 1 mm liegen. Insbesondere haben Stegbreite b und Steghöhe h die gleiche Größenordnung, vorzugsweise zwischen 0,3 und 0,6 mm. Speziell in Fig. 3 liegen beide Maße beispielsweise bei etwa 0,4 mm.Referring to FIG. 3, both surface electrodes 10 have a profi ling 15, for example, b is a rectangular structure with a web width and has a web height h. The web width b can be between 0.1 and 1 mm and the web height can also be between 0.1 and 1 mm. In particular, web width b and web height h have the same order of magnitude, preferably between 0.3 and 0.6 mm. Specifically, in Fig. 3, both dimensions are, for example, about 0.4 mm.

Eine komplementäre Profilierung 5 hat der Widerstandskör­ per 1 an beiden Oberflächen 2 und 3. Über die Profilierun­ gen 5 und 15 sind der Widerstandskörper 1 und die Flächen­ elektroden unlösbar miteinander verbunden.A complementary profiling 5, the Widerstandskör per 1 on both surfaces 2 and 3. FIG. About the Profilingun 5 and 15 , the resistance body 1 and the surfaces electrodes are inextricably linked.

In anderer Ausbildung als Fig. 3 kann das Rechteckprofil auch einen Neigungswinkel gegen die Oberfläche der Flä­ chenelektrode 10 haben. Das Oberflächenprofil 15 kann dabei vorteilhafterweise eine abschnittsweise unter­ schiedliche Richtung aufweisen. Auch eine konische Form des Oberflächenprofils 15 ist möglich.In a different embodiment than FIG. 3, the rectangular profile can also have an inclination angle against the surface of the surface electrode 10 . The surface profile 15 can advantageously have a section in different directions. A conical shape of the surface profile 15 is also possible.

Der so beschriebene Limiter wird in bekannter Weise einem Leistungsschalter vorgeschaltet. Dabei ist dem Limiter aus dem Widerstandskörper 1 und den Flächenelektroden 10 ein Widerstandselement parallelgeschaltet. Das Widerstands­ element ist beispielsweise ein ohmscher Widerstand von 100 m. Es kann auch ein nichtlinearer spannungsabhängiger Widerstand sein, dessen Widerstand mit der angelegten Spannung sinkt. In beiden Fällen kann der Strom zum geeig­ neten Zeitpunkt kommutieren. The limiter described in this way is connected upstream of a circuit breaker in a known manner. A resistor element is connected in parallel to the limiter from the resistance body 1 and the surface electrodes 10 . The resistance element is, for example, an ohmic resistance of 100 m. It can also be a non-linear voltage-dependent resistor, the resistance of which decreases with the applied voltage. In both cases, the current can commutate at the appropriate time.

In Fig. 4b ist der Limiterwiderstand zu einer Kurzschluß­ abschaltung bei Ik = 40 kA mit einer Reihenschaltung des Limiters gemäß den Fig. 1 bis 3, dem ein Konstantwider­ stand von 100 mΩ parallelgeschaltet ist, und eines Lei­ stungsschalters dargestellt und der zeitliche Verlauf wie­ dergegeben: Der Limiterwiderstand entsprechend Graph 42 beginnt mit dem Einsetzen des Kurzschlußstromes von seinem Anfangswert R₀ = 4 mΩ leicht anzusteigen und erreicht nach etwa 300 µs einen ersten Plateauwert von etwa 8 mΩ. Wäh­ rend der Kurzschlußstrom weiter ansteigt und 500 µs nach Kurzschlußbeginn ein Wert von 5 kA erreicht ist, geht die Widerstandskurve zu diesem Zeitpunkt in einen steilen An­ stieg über und bleibt etwa 300 µs lang auf Widerstandswer­ ten, die wesentlich größer sind als 100 mΩ etwa 900 µs nach Kurzschlußbeginn kehrt der Limiterwiderstand wieder auf einen niederohmigen Wert von etwa 15 mΩ zurück und sinkt schließlich auf seinen Anfangswert ab.In Fig. 4b, the limiter resistance to a short-circuit shutdown at I k = 40 kA with a series connection of the limiter according to FIGS . 1 to 3, which was a constant resistance of 100 mΩ is connected in parallel, and a Lei stungsschalter shown and the time course as given: The limiter resistance according to graph 42 begins to rise slightly with the onset of the short-circuit current from its initial value R₀ = 4 mΩ and reaches a first plateau value of about 8 mΩ after about 300 µs. While the short-circuit current continues to increase and a value of 5 kA is reached 500 μs after the start of the short-circuit, the resistance curve at this point in time rises steeply and remains for approximately 300 μs at resistance values that are substantially greater than 100 mΩ approximately 900 µs after the start of the short circuit, the limiter resistance returns to a low-resistance value of about 15 mΩ and finally drops to its initial value.

In Fig. 4a ist zum Vergleich der zeitliche Verlauf des Limiterwiderstandes nach dem Stand der Technik als Graph 41 dargestellt.In Fig. 4a, for comparison of the temporal course of the Limiterwiderstandes is shown as a graph 41 of the prior art.

Im Strom-Spannungsoszillogramm gemäß Fig. 5 stellt Graph 51 den Gesamtstrom, Graph 42 den Kaltleiterstrom, Graph 53 die zugehörige Kaltleiterspannung und Graph 54 die Spannung am verwendeten Schaltgerät dar. Das anhand Fig. 4 beschriebene Widerstandsverhalten äußert sich in der Weise, daß der Limiter etwa 600 µs nach Kurzschluß­ beginn einen Spannungspuls von ca. 450 V und ca. 300 µs Dauer erzeugt. In dieser Phase sinkt der Kurzschlußstrom von seinem Maximalwert imax = 6,7 kA auf etwa 3 kA ab, wobei ein zunehmender Stromanteil vom Parallelwiderstand (100 mΩ) getragen wird. Nach dem Abklingen seines Span­ nungspulses trägt der Limiter den reduzierten Kurzschluß­ strom, was durch den partiellen elektrisch-mechanischen Kontakt der Flächenelektroden auf dem Widerstandskörper verursacht wird. Dabei wird durch die zu diesem Zeitpunkt ausreichend hohe Bogenspannung des Leistungsschalters ein erneuter Stromanstieg verhindert und der Kurzschluß nach einer Gesamtdauer von 3 ms abgeschaltet.In current Spannungsoszillogramm shown in FIG. 5 illustrates graph 51 the total current, graph 42 the PTC current, graph 53, the associated PTC thermistor voltage and graph 54, the voltage across the switching device used. The reference to FIG. Resistive behavior described 4 manifests itself in such a way that the limiter About 600 µs after a short circuit begins a voltage pulse of about 450 V and a duration of about 300 µs. In this phase, the short-circuit current drops from its maximum value i max = 6.7 kA to approximately 3 kA, with an increasing proportion of the current being borne by the parallel resistor (100 mΩ). After its voltage pulse has subsided, the limiter carries the reduced short-circuit current, which is caused by the partial electrical-mechanical contact of the surface electrodes on the resistance body. The sufficiently high arc voltage of the circuit breaker at this point prevents the current from rising again and the short circuit is switched off after a total duration of 3 ms.

Die Schalteigenschaften des anhand der Fig. 1 bis 3 dar­ gestellten Limiters und der zugehörigen Meßkurven gemäß den Fig. 4 und 5 lassen sich phänomenologisch erklären, was anhand der Fig. 6 verdeutlicht wird: Im Ausgangszu­ stand des Limiters gemäß Fig. 6a sorgt die auf den Flächenelektroden senkrecht stehende Druckkraft K für eine kraftschlüssige Berührung der senkrecht zur Druckkraft verlaufenden Profilteilflächen. Demgegenüber ist die Kraftwirkung zwischen den parallel zur Druckkraft verlau­ fenden Profilteilflächen 12 wesentlich geringer, da nach dem thermischen Herstellungsvorgang die Profilschicht des thermoplastischen Widerstandsmaterials aufgrund des gegenüber Metallen sehr viel höheren Wärmeausdehnungs­ koeffizienten einen maßlichen Schwund von 1 bis 2% erfährt.The switching properties of the limiter shown in FIGS . 1 to 3 and the associated measurement curves in accordance with FIGS . 4 and 5 can be explained phenomenologically, which is illustrated in FIG. 6: In the initial state of the limiter in accordance with FIG the surface electrodes have a vertical pressure force K for a frictional contact of the partial profile surfaces perpendicular to the pressure force. In contrast, the force between the profile partial surfaces 12, which run parallel to the compressive force, is significantly lower, since after the thermal production process, the profile layer of the thermoplastic resistance material experiences a dimensional shrinkage of 1 to 2% due to the thermal expansion coefficient, which is much higher than that of metals.

Im Fall der anhand der Fig. 4 und 5 dargestellten Kurz­ schlußabschaltung setzt mit dem Beginn des Stromanstieges durch die elektrische Verlustleistung in der Grenzschicht eine zunehmende Erwärmung ein und damit verbunden eine Ausdehnung der Profilschicht 5 des Widerstandskörpers 1 mit erheblicher Verringerung der elektrischen Kontaktflä­ che gemäß Fig. 6b. Durch die thermische Ausdehnung der thermoplastischen Profilstege werden die Metallelektroden 10 von den vertieft liegenden Profilteilflächen des Widerstandskörpers 1 abgehoben. Dabei stellt sich ein momentaner Limiterwiderstand ein, der durch den anhand Fig. 4b gezeigten ersten Plateauwert gekennzeichnet ist. Gleichzeitig verdoppelt sich annähernd die Stromdichte auf den Profilstirnflächen des Widerstandskörpers 1 und die elektrische Verlustleistung führt zur raschen Aufheizung auf die Zersetzungstemperatur des Widerstandsmaterials. Hiermit wird entsprechend Fig. 6c auch an diesen Profil­ teilflächen der mechanisch-elektrische Kontakt weitgehend unterbrochen und es bildet sich zwischen den Profilflächen eine verteilte, elektrische Entladung mit hoher Brenn­ spannung aus.In the case of the short-circuit shutdown illustrated with the aid of FIGS . 4 and 5, increasing heating and an associated increase in the profile layer 5 of the resistance body 1 with a considerable reduction in the electrical contact surface according to FIG . 6b. Due to the thermal expansion of the thermoplastic profile webs, the metal electrodes 10 are lifted off the recessed partial profile surfaces of the resistance body 1 . A current limiter resistance is established, which is characterized by the first plateau value shown in FIG. 4b. At the same time, the current density on the profile end faces of the resistance body 1 almost doubles and the electrical power loss leads to rapid heating to the decomposition temperature of the resistance material. Hereby FIG accordingly. 6c at these profile surface portions of the mechanical and electrical contact substantially interrupted and it is formed between the profile surfaces a distributed electrical discharge with high internal voltage.

Während der Phase hoher Limiterspannung wird die Profil­ schicht 5 weiter aufgeheizt und teilweise Material zer­ setzt, wodurch ein erheblicher Gasdruck aufgebaut wird. Mit dem Abbau des Gasdruckes infolge des abklingenden Kurzschlußstromes und aufgrund der thermischen Ausdehnung der thermoplastischen Profilstege bilden sich gemäß Fig. 6d zwischen den parallel zur Druckkraft verlaufenden Pro­ filteilflächen 12 der Elektroden 10 und des Widerstands­ körpers 1 Kontaktflächen aus, deren wirksame Kontaktkraft mit der Temperatur des Widerstandsmaterials und dessen thermischer Ausdehnung zunimmt und daher am Ende des Limiter-Spannungspulses zu dem beobachteten geringen Limi­ terwiderstand von etwa 15 mΩ führt. Dieser Vorgang wird dadurch unterstützt, daß der Parallelwiderstand des Limiters kurzzeitig den Gesamtstrom übernimmt und dadurch die Materialzersetzung am Widerstandskörper 1 beendet.During the phase of high limiter voltage, the profile layer 5 is further heated and material is partially decomposed, whereby a considerable gas pressure is built up. With the breakdown of the gas pressure due to the decaying short-circuit current and due to the thermal expansion of the thermoplastic profile webs are formed according to Fig. 6d between the parallel to the compressive force pro filteilflächen 12 of the electrodes 10 and the resistance body 1 contact surfaces, the effective contact force with the temperature of Resistance material and its thermal expansion increases and therefore leads to the observed low limiter resistance of about 15 mΩ at the end of the limiter voltage pulse. This process is supported by the fact that the parallel resistance of the limiter temporarily takes over the total current and thereby ends the material decomposition on the resistance body 1 .

Während der Abkühlzeit des thermoplastischen Widerstands­ körpers 1 von bis zu einigen 100 ms formiert sich dessen Oberflächenprofil unter der Kraftwirkung der durch die Druckkraft K angepreßten, profilierten Metallelektroden 10 und der Limiterwiderstand kehrt zu seinem Ausgangswert zurück.During the cooling time of the thermoplastic resistance body 1 of up to a few 100 ms, its surface profile is formed under the force of the profiled metal electrodes 10 pressed by the pressure force K and the limiter resistance returns to its initial value.

Wesentlich ist also bei dem beschriebenen Limiter gegen­ über den vom Stand der Technik vorbekannten Anordnungen, daß keine freie Kontaktflächen bestehen, sondern daß die Flächenelektroden und der Widerstandskörper über ihre zu­ einander komplementären Oberflächenprofile nicht lösbar miteinander verbunden sind.What is essential in the limiter described is against about the arrangements known from the prior art, that there are no free contact areas, but that the Surface electrodes and the resistance body over their too complementary surface profiles cannot be solved are interconnected.

Claims (13)

1. Limiter zur Strombegrenzung, mit einem thermoplasti­ schen Widerstandskörper und metallischen Flächenelektroden mit folgenden Merkmalen:
  • - die metallischen Flächenelektroden (10) besitzen an ihrer dem thermoplastischen Widerstandskörper (1) zugewandten Seite (11) ein Oberflächenprofil (15),
  • - der thermoplastische Widerstandskörper (1) hat an seinen den metallischen Flächenelektroden (10) zuge­ wandten Seiten (2, 3) ein komplementäres Oberflächen­ profil (5),
  • - die Flächenelektroden (10) und der Widerstandskörper (1) sind nicht lösbar miteinander verbunden,
  • - die Flächenelektroden (10) und der Widerstandskörper (1) werden durch eine Druckkraft (K) zusammengepreßt.
1. Limiter for current limitation, with a thermoplastic resistance body and metallic surface electrodes with the following features:
  • - The metallic surface electrodes ( 10 ) have a surface profile ( 15 ) on their side ( 11 ) facing the thermoplastic resistance body ( 1 ),
  • - The thermoplastic resistance body ( 1 ) has on its metallic surface electrodes ( 10 ) facing sides ( 2 , 3 ) a complementary surface profile ( 5 ),
  • - The surface electrodes ( 10 ) and the resistance body ( 1 ) are not releasably connected to each other,
  • - The surface electrodes ( 10 ) and the resistance body ( 1 ) are pressed together by a compressive force (K).
2. Limiter nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Oberflächenprofil (15) des Widerstandskörpers (1) durch thermische Anformung an die metallischen Flächenelektroden (10) erfolgt.2. Limiter according to claim 1, characterized in that the surface profile ( 15 ) of the resistance body ( 1 ) by thermal molding on the metallic surface electrodes ( 10 ). 3. Limiter nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, da­ durch gekennzeichnet, daß das Ober­ flächenprofil (5, 15) eine Rechteckstruktur aufweist.3. Limiter according to claim 1 or claim 2, characterized in that the upper surface profile ( 5 , 15 ) has a rectangular structure. 4. Limiter nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Stegbreite (b) und Steg­ höhe (h) des Oberflächenprofils (5, 15) zwischen 0,1 mm und 1 mm liegen, vorzugsweise bei Werten von 0,3 bis 0,6 mm.4. Limiter according to claim 3, characterized in that web width (b) and web height (h) of the surface profile ( 5 , 15 ) are between 0.1 mm and 1 mm, preferably at values from 0.3 to 0.6 mm. 5. Limiter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß das Recht­ eckprofil (15) einen Neigungswinkel gegen die Oberfläche (11) hat.5. Limiter according to one of claims 1 to 4, characterized in that the right corner profile ( 15 ) has an angle of inclination against the surface ( 11 ). 6. Limiter nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, da­ durch gekennzeichnet, daß das Ober­ flächenprofil (5, 15) eine konische Form hat.6. Limiter according to claim 1 or claim 2, characterized in that the upper surface profile ( 5 , 15 ) has a conical shape. 7. Limiter nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, da­ durch gekennzeichnet, daß der Wider­ standskörper (1) aus thermoplastischem Material mit einer leitfähigen Materialkomponente besteht.7. Limiter according to claim 1 or claim 2, characterized in that the resistance body ( 1 ) consists of thermoplastic material with a conductive material component. 8. Limiter nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das thermoplastische Material Polyethylen und die leitfähige Materialkomponente Graphit ist.8. Limiter according to claim 7, characterized ge indicates that the thermoplastic Material polyethylene and the conductive material component Is graphite. 9. Limiter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Flä­ chenelektroden (10) aus elektrisch und thermisch gut lei­ tendem Material bestehen.9. Limiter according to one of claims 1 to 8, characterized in that the surface electrodes ( 10 ) consist of electrically and thermally good lei material. 10. Limiter nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Flächenelektroden (10) aus Kupfer mit versilberter Oberfläche bestehen.10. Limiter according to claim 9, characterized in that the surface electrodes ( 10 ) consist of copper with a silver-plated surface. 11. Limiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Widerstandselement vorgesehen ist, das parallel zu dem thermoplastischen Widerstandskörper (1) und den Flächen­ elektroden (10) geschaltet ist. 11. Limiter according to one of the preceding claims, characterized in that a resistance element is provided which is connected in parallel to the thermoplastic resistance body ( 1 ) and the surface electrodes ( 10 ). 12. Limiter nach Anspruch 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Widerstandselement ein ohmscher Widerstand ist.12. Limiter according to claim 11, characterized ge indicates that the resistance element is a is ohmic resistance. 13. Limiter nach Anspruch 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Widerstandselement ein nichtlinearer, spannungsabhängiger Widerstand ist, dessen Widerstand mit der angelegten Spannung sinkt.13. Limiter according to claim 11, characterized ge indicates that the resistance element is a is nonlinear, voltage dependent resistance, whose Resistance with the applied voltage drops.
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